球铁铸件加工面焊补技术研究与应用

鲁茂波，蓝　勇，宫　震，严培培（东风精密铸造安徽有限公司，安徽合肥　238000）



球铁铸件加工面焊补技术研究与应用

鲁茂波，蓝勇，宫震，严培培
（东风精密铸造安徽有限公司，安徽合肥238000）

摘要：研究采用特殊焊补方式结合两阶段热处理工艺对球铁加工面孔洞类缺陷不良品进行焊补挽救处理，解决球铁焊补后因白口组织、硬度偏高引起的加工工序打刀、凸台、孔偏问题，降低铸造生产企业制造成本。研究结果表明，①采用冷焊焊条+氩弧焊焊补（电流230 A）焊补，采用（720～740）℃±10℃、（150～270）min±10 min、空冷的热处理工艺，热处理后焊点无白口组织，硬度均匀在160 HBW～217 HBW范围内，满足机加工要求。②采用（去除药皮）球铁焊条+氩弧焊焊补（电流230 A）焊补，采用（900～940）℃±10℃、（90～150）min±10 min、空冷和（720～740）℃±10℃、（150～270）min±10 min、空冷两阶段热处理工艺，热处理后无白口组织，硬度均匀在160 HBW～217 HBW范围内，满足机加工要求。

关键词：球铁；加工面焊补；技术实践；铸件挽救

自2008年开始，我国的铸件产量已达到美国的1.4倍多，成为名副其实的世界铸造大国，在某些指标上已进入铸造强国之行列。目前我国铸件年产量已达到3 350万t左右，但是由于企业在技术、管理、规模等方面参差不齐，不良品率相差较大。保守估计，全国铸件平均不良率在10%以上（含内外废），照此计算，年不良品铸件至少在300万t以上，而全世界铸件产量产量产国300万t的国家寥寥可数，损失是相当巨大的。所以为了降低上述指标成本，铸造企业不遗余力推行铸件挽救工程，推行铸件挽救工程有着重要的直接经济意义[1]。

针对球铁铸件生产企业，对允许有一定尺寸的孔洞类缺陷铸件在不影响使用和其力学性能的情况下进行焊补挽救处理，可以最大程度降低制造成本。球铁加工面缺陷的不良品焊补挽救后存在如下问题：采用球铁专用焊条以电弧焊焊补方式焊补后，由于电流、环境温度等因素的影响，焊点硬度异常偏高，甚至出现白口组织。按照传统正火热处理进行热处理后，焊点硬度远远大于铸件本体硬度，导致加工工序打刀、加工凸台和孔偏等问题，无法保证机加工质量要求，企业生产成本仍然巨大[2]。所以球铁加工面焊补技术研究在制造成本不增加或者增加企业可接受的前提下，通过特殊焊补方式加特殊焊材推行不良品铸件挽救工程，降低制造成本。

1　试验方法与过程

1.1试验材料及试验设备

1.1.1试验材料

THZ308球铁专用焊条，Z238DF铸铁冷焊焊条，球铁材质发动机悬置支架铸件

1.1.2试验设备

普通电弧焊机（电流可调）氩弧焊机，热处理台车炉，金相显微镜，布氏硬度仪

1.2试验方法

1.2.1焊点硬度与焊材、焊补方式及焊补电流之间的变化情况

试验采用2种焊条，分别使用氩弧焊机、普通电弧焊机在200 A、230 A、260 A三种电流情况下进行球铁件加工面焊补，用布氏硬度计对铸态情况下焊点进行硬度检测，看硬度随电流的变化情况，然后进行热处理，再次进行硬度检测，看其变化情况。试验方案见表1.

表1　焊点硬度与焊条材质、焊补方式及焊补电流之间的变化情况

表1表明在焊补电流一定情况下，采用氩弧焊焊补方式，冷焊焊条焊补的硬度低于球铁焊条焊补的硬度，但是两者相差不是很大。氩弧焊与电弧焊焊补工作原理不一致[3]，氩弧焊焊补方式下，电流对焊点硬度影响不大，电弧焊焊补方式下电流对硬度有显著影响，焊补电流230 A合适，焊点硬度最小。将球铁焊条的药皮去掉，用氩弧焊焊补后，焊点硬度明显小于电弧焊方式焊补的硬度。

1.2.2热处理前后焊点金相与硬度变化

对上述焊补后的样块进行热处理，看两种焊补方式金相、硬度的变化情况，采用两种热处理工艺进行热处理，焊补方式对铸件本体金相的影响如图1、图2所示，两种热处理工艺对硬度的影响如表2所示。

1）热处理方案I采用720～740℃±10℃、150～270 min±10 min、空冷的热处理工艺；

2）热处理方案II采用（900～940）℃±10℃、（90～150）min±10min、空冷和（720～740）℃±10℃、（150～270）℃±10 min、空冷两阶段热处理工艺。

图1　电弧焊焊补方式下金相组织（×100倍）

图2　氩弧焊焊补方式下金相组织（×100倍）

表2　两种热处理工艺对焊点硬度的影响

通过两种焊补方式的金相分析，焊点部位A，显微镜看无石墨分布；铸件本体B组织金相石墨分布良好，球化级别良好，焊点对其石墨分布无影响；铸件本体B与焊点A金相组织分界线明显，无过渡区域。得出如下结论：

1）焊补方式对球铁石墨分布不产生影响，且热处理工艺不会使其铸件本体石墨向焊点部位扩散，两部分分界明显；

2）同种球铁焊条，采用不同的焊补方式，电弧焊和氩弧焊，两者焊点处均无石墨分布。

对两种焊条焊补的试验样块用两种热处理工艺进行热处理，对三种电流焊补方式下焊点的硬度进行硬度检测。根据表2检测结果得出如下结论：

1）选用球铁专用焊条，选用两种焊补方式下均形成严重的白口组织，通过普通的热处理工艺无法消除白口组织，硬度难以降低，热处理后硬度不符合技术要求160 HBW～217 HBW，无法加工；

2）氩弧焊焊补，采用冷焊焊条，结合热处理方案I单阶段热处理工艺，焊点硬度接近在160 HBW~217 HBW范围内左右，满足技术要求；

3）将球铁焊条的药皮去掉，采用氩弧焊焊补可行，结合热处理方案II两阶段热处理工艺，焊点硬度接近在160 HBW~217 HBW范围内左右，满足技术要求。

2　焊点机加工情况验证

2.1球铁专用焊条+电弧焊焊补+单阶段热处理工艺方案

采用球铁专用焊条+电弧焊焊补+单阶段热处理工艺方案进行小批量焊补机加工验证，采用电弧焊方式焊补后采用两种热处理工艺，焊点组织（白口组织）[4]无法通过该温度达到热处理正常组织即热处理不透，导致硬度偏高，所以检测可知焊点硬度偏高，且焊点外观颜色与铸件本体外观颜色不一致，加工面焊点硬度高达220 HBW以上，出现加工面凸台、断刀、孔偏等现象。该方案不可行。图3为焊点外观形貌。

图3　球铁专用焊条+电弧焊焊补+两阶段热处理工艺/单阶段热处理工艺后焊点外观形貌

2.2球铁专用焊条（去药皮）+氩弧焊焊补+两阶段热处理工艺方案

采用球铁专用焊条+电弧焊焊补+两阶段热处理工艺方案进行小批量焊补机加工验证，焊点硬度满足160 HBW~217 HBW要求，且焊点外观颜色与铸件本体外观颜色一致，加工时加工面凸台、断刀、孔偏等现象消除，该方案可行。图4为铸造件加情况。

图4　　球铁专用+氩弧焊焊补+两阶段热处理工艺处理后铸件加工情况

2.3冷焊焊条+氩弧焊焊补+单阶段热处理工艺

采用冷焊焊条+电弧焊焊补+单阶段热处理工艺方案进行小批量焊补机加工验证，焊点硬度满足160 HBW~217 HBW要求，且焊点外观颜色与铸件本体外观颜色一致，加工时加工面凸台、断刀、孔偏等现象消除，该方案可行。图5为铸件加工情况。

图5　　冷焊焊条+亚弧焊焊补+单阶段热处理工艺处理后铸件加工情况

2.4大批量应用效果

选择上述两种方案，球铁专用焊条+氩弧焊焊补+两阶段热处理工艺该方案和冷焊焊条+氩弧焊焊补+单阶段热处理工艺方案。两种方案对比如表3所示。

表3　两种焊补方案优缺点对比

上述两种铸件挽救方案选择应结合单位的生产实际情况、产品结构、产品用途、及产品性能等要求合理适当选择。

上述两种方案自15年3月份大批量应用以来，挽救球铁不良品超过25 t，累计创效5万元以上。

3　结论

1）采用冷焊焊条+氩弧焊焊补（电流230 A）焊补，采用720～740℃±10℃、150～270 min±10 min、空冷的热处理工艺，金相无白口组织，硬度均匀在160 HBW～217 HBW范围内，不影响力学性能，可满足机加工要求；

2）采用去除药皮球铁焊条+氩弧焊焊补（电流230 A）焊补，采用900～940℃±10℃、90～150 min± 10 min、空冷和720～740℃±10℃、150～270 min± 10 min、空冷两阶段热处理工艺，金相无白口组织，硬度均匀在160 HBW～217 HBW范围内，不影响力学性能，可满足机加工要求；

3）氩弧焊焊补后焊点硬度低于电弧焊焊补；

4）冷焊焊条在采用氩弧焊焊补后焊点硬度远低于氩弧焊条（或球铁焊条焊补）。

5）将球铁焊条去药皮后可当做氩弧焊焊丝使用，进行球铁加工面焊补；

6）球铁加工面焊补技术的应用可以最大限度地对球铁加工面缺陷不良品进行挽救，自2015年3月份大批量应用以来，挽救球铁不良品超过25 t，累计创效5万元以上，效果显著。

参考文献：

［1］ 钱翰城，王公平，赵建华.铸件表面缺陷常用挽救技术及实用性［G］//2010年中国铸造活动周论文集.

［2］ 徐锦锋，任永明，翟秋亚.手工电弧焊焊补铸铁件焊区硬度控制［G］//2011年中国铸造活动周论文集.

［3］ 中国铸造协会.熔模铸造手册［M］.北京：机械工业出版社，2000.

［4］ 徐惟忠.大型球墨铸铁件严重缺陷的焊补［J］.柴油机设计与制造.1997（4）：43-45.

中图分类号：TG143.5，TG44

文献标识码：A

文章编号：1674-6694（2016）01-0036-03

doi：10.16666/j.cnki.issn1004-6178.2016.01.011

收稿日期：2015-09-07

作者简介：鲁茂波（1989-），男，铸造工艺技术员，主要从事熔模铸造生产工艺技术研发及应用、不良品挽救技术方面的研究。

Research and Application of Welding Technology on Ductile Iron Casting Machined Surface

LU Mao-bo，LAN Yong，GONG Zhen，YAN Pei-pei
（Dongfeng Investment Casting CO.，LTD.，Hefei Anhui 238000，China）

Abstract：Special welding combined with two-stage heat treatment on the surface hole of ductile iron can save the castings，solve machining problems of cutter breakage，lug boss and eccentric hole caused by white tissue，high hardness after welding and reduce manufacturing costs.The results showed the cold welding electrode and argon arc welding repair（current 230 A）technology，and the heat treatment process of（720～740）℃±10℃，（150～270）min±10 min and air-cooling made the welding spot without white and with uniform hardness of 160 HBW～217 HBW meet the machining requirements.The coating removed ductile iron electrode and argon arc welding repair（current 230 A）technology and two-stage heat treatment process of（900～940）℃±10℃，（90～150）min±10 min，air cooling and（720～740）℃±10℃，（150～270）min±10 min，air-cooling made the welding spot without white and with uniform hardness of 160 HBW～217 HBW meet the machining requirements.

Keywords：ductile iron，machined surface，welding technology practice，casting save